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Spécial “ Acoustics’08 ”
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Acoustique
&
Techniques n° 53
L’acoustique dans les télécommunications
stockage voient leurs capacités s’accroître, les procédés
de codage audio suscitent toujours autant d’intérêt. En
effet, les applications à débit contraint (communication
mobile par exemple) ou encore les applications en temps
réel (streaming audio/vidéo sur internet) nécessitent une
transmission du signal à bas débit. Les techniques de
codage s’appuient principalement sur deux modèles. Le
premier, appelé CELP pour Code Excited Linear Prediction,
est basé sur un modèle de production de la parole, et tente
de reproduire le souffle, la vibration des cordes vocales
et le conduit vocal (bouche, nez). Il obtient de très bonnes
performances à bas débits et est très largement utilisés
dans les codeurs normalisés pour les applications mobiles
et de VoIP (Voice over IP pour voix sur réseau IP). Le second
modèle de codage est appelé codage perceptuel ou codage
par transformée. Il s’appuie sur une transformation temps-
fréquence et un modèle psychoacoustique permettant
d’utiliser les effets de masquage présents au niveau
du système auditif pour réduire le débit nécessaire à la
transmission du signal utile. De nombreux codeurs audio,
comme le mp3, l’AAC ou le Dolby Digital, largement utilisés
actuellement, sont construits sur ce modèle. De nouvelles
techniques de codage bas débits sont récemment apparues.
Elles sont basées sur une représentation paramétrique des
hautes fréquences du signal audio. Une de ces techniques,
appelée SBR (Spectral Band Replication) a été normalisée
pour donner le standard HE-AAC, connu aussi sous le nom
de Enhanced AAC+.
Electroacoustique : transducteurs de prise et de
restitution du son
Le microphone et le haut-parleur (ou plus spécifiquement
l’écouteur pour la téléphonie) sont deux maillons essentiels
de la chaîne dont les performances jouent de façon
déterminante sur la qualité globale. Aucun traitement,
aussi sophistiqué soit-il, ne pourra éliminer parfaitement
les défauts d’un transducteur. Une contrainte spécifique au
contexte des télécommunications est la minimisation de la
taille des transducteurs et l’intégration dans des terminaux
où l’acoustique entre souvent en conflit avec d’autres
impératifs comme l’usage et l’ergonomie. Aujourd’hui les
exigences conjointes d’extension de la bande passante et
de miniaturisation des terminaux posent de nouveaux défis
à la conception des transducteurs.
Traitements à la prise de son
La prise de son est le point d’entrée d’une succession
de traitements qui conduit le signal vers l’interlocuteur
distant. S’il paraît alors indispensable de soigner cette
interface, l’expérience montre qu’elle fait rarement partie
des exigences du cahier des charges d’un terminal et doit
souvent s’adapter à des contraintes de design, compacité,
etc. La tendance actuelle à la dématérialisation des
terminaux, et donc à la généralisation de la communication
«mains-libres», fait apparaître des artefacts qui, s’ils étaient
négligeables en prise de son de proximité, deviennent
problématiques :
- l’
écho acoustique
provoque une forte gêne encore
accrue par le délai introduit par les nouveaux modes de
transmission de voix sur IP ;
- la
réverbération
et le
bruit ambiant
, particulièrement
perceptibles du fait de l’éloignement du locuteur vis-à-vis
du microphone, réduisent fortement l’intelligibilité pour le
locuteur distant.
Ainsi, différentes solutions sont mises en œuvre pour
réduire ces artefacts :
- Des
traitements d’annulation d’écho acoustique
suppriment tout ou partie de l’écho, mais diminuent parfois
très fortement l’interactivité de la communication.
- L’emploi
d’algorithmes de débruitage
permet de réduire
les bruits ambiants, mais peut dégrader de manière audible
et désagréable le signal utile.
Enfin, la prise son multicapteur qui propose une
représentation spatiale de la scène (voir la partie sur les
«Technologies de spatialisation sonore») peut également
tirer parti de la diversité spatiale des sources pour
améliorer le rapport signal à bruit et réduire les artefacts
(bruit et réverbération), mais elle impose généralement
des dimensions peu compatibles avec la
compacité des terminaux. En clair, tout
est affaire de compromis entre le désir de
communication «sans contrainte» et la qualité
de la communication.
Évaluation objective et subjective de
la qualité audio
Dans le domaine des télécommunications,
le terme de qualité audio caractérise
généralement l’impact de l’ensemble de la
chaîne de transmission sur le signal audio
original, du terminal d’émission au terminal
de réception, en passant par le codage/
décodage et le canal de transmission. On
s’intéresse donc principalement à détecter
et à quantifier d’un point de vue perceptif les
altérations du signal original par le système
(bruit, distorsion, réduction de bande
Fig. 1 : Mesure de caractérisation d’un terminal mobile